امروزه در بیشتر کشورها تکنولوژی نورد نقش تعیین کننده ای در توسعه اقتصادی و صنعتی ایفا می کند. این روش شکل دهی برای فلزات در مقایسه با سایر فرآیند های تولید، آمار بیشتری در جهت کمیت محصولات دارا می باشد. در میان انواع محصولات نوردی، نورد مقاطع پیچیده مانند تیر آهن، ناودانی، ریل و... به علت کاربرد گسترده در پروژه های عمرانی، از جایگاه ویژه ای برخوردار است. یکی از جنبه های مهم و تعیین کننده در این صنعت، کالیبراسیون و طراحی مراحل شکل دهی این مقاطع به وسیله نورد گرم می باشد که در حال حاضر بیشتر به صورت تجربی و بر اساس اصول آزمون و خطا صورت می-گیرد و قسمت اعظم هزینه های راه اندازی خط تولید به این بخش اختصاص می یابد. در این تحقیق ابتدا تحلیلی سه بعدی به روش المان محدود و با به کار گیری از نرم افزار abaqus از فرآیند نورد گرم مقطع ناودانی طبق کالیبراسیون کارخانه ذوب آهن اصفهان ارائه شده است و سپس نتایج بدست آمده با اطلاعات فنی خط تولید مورد مقایسه قرار گرفته است. بعد از آن با محاسبه میزان تعریض فلز در نورد گرم مقطع مستطیلی با استفاده روش المان محدود و مقایسه نتایج با روش تحلیلی هیل و نتایج آزمایشگاهی، تاثیر هر یک از پارامتر های نورد بر گسترش عرضی فلز نشان داده شده است و در نهایت طراحی کالیبراسیون جدیدی با هدف کاهش تعداد مراحل مورد نیاز جهت تولید مقطع ناودانی ارائه شده است و پس از تحلیل آن با روش المان محدود، طرح جدید با طرح صنعتی فعلی در کارخانه ذوب آهن اصفهان مورد مقایسه قرار گرفته است.

یکی از روش های خم لوله، روش خمکاری کششی- چرخشی می باشد که می توان آن را از رایج ترین روش های خم لوله به خصوص لوله های جدار نازک دانست. تجهیزات این روش به ویژه، مندرل دارای هزینه های ساخت بالایی بوده و دستگاه مورد استفاده برای این روش نیز گران بها می باشد. به علت هزینه های بالای این روش، استفاده از آن محدود به صنایع خاصی همچون هوافضا و صنایع نظامی شده است. در این پایان نامه، ابتدا بررسی انواع روش های خم لوله، چگونگی انجام خم لوله به روش کششی- چرخشی، ابزارهای این روش و نقش آنها در فرآیند خم لوله، مندرل ها و تقسیم بندی انواع آنها صورت گرفته است. در مرحله بعد مندرلی پیشنهاد شده است که هزینه های ساخت مندرل را 80 درصد کاهش می دهد، که این درصد چشمگیر می باشد. سپس مندرل پیشنهاد شده ساخته و مورد آزمایش قرار گرفته است؛ از طرف دیگر شبیه سازی فرآیند خم لوله با استفاده از مندرل پیشنهاد شده انجام شده و کیفیت خم های ایجاد شده در شبیه سازی و آزمایشات عملی مقایسه گردیده است. تطابق آزمایشات و نتایج شبیه سازی، کارایی بالای مندرل پیشنهاد شده را نشان می دهند. به موازات ساخت مندرل پیشنهاد شده، با استفاده از نیروها و ممان های بدست آمده از شبیه سازی فرآیند خم لوله و همچنین با استفاده از کروکی برداری از دستگاه موجود در صنعت، دستگاهی با سایز بزرگتر برای خم لوله های با قطر های بزرگ طراحی شده است.

وابستگی شدید جوامع صنعتی به منابع انرژی سبب شده است که در سال های اخیر استفاده از انرژی های نو همچون انرژی خورشیدی مورد توجه قرار گیرد. از این رو امروزه سیستم های خورشیدی متعددی طراحی و مورد استفاده قرار می گیرند. با این حال سیستم های خورشیدی حرارتی یا برودتی اغلب با مشکلات کنترل دمایی روبه رو هستند. این سیستم ها از کلکتورهای خورشیدی استفاده می نمایند که می توانند به دمایی متجاوز از 170 درجه رسیده و به سیستم خورشیدی آسیب برسانند. با شناخت آثار مضر دمایی، مکانیزمی برای کنترل دمای کلکتورهای خورشیدی طراحی شد. همچنین تحلیل های انتقال حرارتی برای دستیابی به یک طراحی مطلوب انجام گرفته است. بر اساس این تحلیل ها کانال خنک کننده ای با عمق 17 میلیمتر مناسب تشخیص داده شد، به شرطی که سطوح داخلی کانال با پوشش با قابلیت نشر بالا پوشانده شود. در عملگر حرارتی طراحی شده در این پایان نامه از آلیاژهای حافظه دار استفاده شده است. این آلیاژها دسته ای از مواد هوشمند با ویژگی های خاص هستند از جمله حافظه داری هستند که به این واسطه می توانند به عنوان عملگرهای حرارتی مورد استفاده قرار گیرند. عملگرهای حرارتی آلیاژهای حافظه دار می توانند به دو دسته تقسیم شوند. دسته اول عملگرهای با آثار یک سویه حافظه داری هستند که اغلب نیرو و کورس حرکتی کوچکی تولید می نمایند؛ ولی طراحی و ساخت آنها پیچیده نمی باشد. دسته دیگر عملگرهای با آثار دو سویه حافظه داری هستند که می توانند نیرو و کورس حرکتی بزرگی تولید کنند؛ ولیکن ساخت آنها پیچیدگی هایی دارد و نیازمند آزمایش و تجربه است. در دستگاه کنترل دمای کلکتور، یک عملگر حرارتی شامل یک سیم از جنس آلیاژ حافظه دار نایتینول با اثرات یک سویه طراحی و استفاده شده است. این عملگر حرارتی دارای ویژگی هایی است. اول آنکه می تواند همچون بسیاری از عملگرهای دو سویه، نیرو و کورس حرکتی بزرگی ایجاد کند. دیگر آنکه این عملگر قابلیت تنظیم دمای تحریک برای کاربران و طراحان را داراست. بنابراین می تواند در کاربردهای وسیعی مورد استفاده قرار گیرد. در این پایان نامه همچنین نحوه نصب دستگاه کنترل دما بر روی کلکتور به همراه نقشه های مهندسی دستگاه نیز ارائه گردیده است.

شبیه سازی رشد آسیب در مواد نرم و پیش بینی زمان و محل وقوع شکست دراین مواد، یکی از مهم ترین زمینه های مورد نظر طراحان در فرآیندهای شکل دهی است. امروزه یکی از قسمت های مهم نرم افزارهای مبتنی بر روش اجزاء محدود، توانایی پیش بینی مکان و زمان وقوع شکست در بارگذاری های مختلف می باشد. به این منظور امروزه مدل های آسیب گوناگونی در نرم افزارهای المان محدود برای استفاده ی کاربران قرار داده شده است. یکی از مدل های آسیب پر کاربرد که در نرم افزار abaqus نیز وجود دارد مدل آسیب نرم (ductile damage) می باشد. در تحقیق حاضر ابتدا مطالعاتی بر روی مدل های آسیب معتبر صورت گرفته و نحوه ی به کارگیری برخی از مدل ها در نرم افزارهای المان محدود توضیح داده شده است. سپس مدل آسیب نرم مورد بررسی قرار گرفته و پارامترهای ورودی لازم برای انجام شبیه سازی شکست به کمک این مدل آسیب مشخص گردیده است. در ادامه به منظور تعیین پارامترهای لازم، آزمایش های خاصی طراحی و انجام شده و اطلاعات مورد نیاز برای شبیه سازی آسیب نرم بر روی فولاد st12 ، تعیین گردیده است. این آزمایش ها بر روی نمونه های شیاردار با شعاع شیار متفاوت انجام شده و تا لحظه ی شکست نمونه ادامه یافته است، پس از هر آزمایش کرنش شکست ماده در تنش های سه محوره ی متفاوت مشخص شده و پارامترهای لازم برای استفاده از معیار آسیب نرم استخراج شده است. در قدم بعدی به منظور بررسی صحت نتایج بدست آمده در مرحله ی قبل، شبیه سازی های مختلفی در تنش های سه محوره ی متفاوت صورت گرفته و نتایج حاصل از اعمال معیار آسیب نرم با نتایج تجربی مقایسه گردیده است. در این شبیه سازی ها همچنین سعی شده است که کارایی معیار آسیب نرم در بارگذاری های مختلف مورد بررسی قرار گیرد. همچنین به منظور بررسی نحوه ی رشد آسیب در فرآیند نورد سرد پنج قفسه ای، این فرایند نیز شبیه سازی شده و نتایج حاصل با نتایج تجربی مقایسه گردیده است.

آسیب مواد فرآیندی است قابل رشد که با کاهش تدریجی مقاومت مکانیکی باعث زوال مواد می شود. مکانیک آسیب شاخه ای از مکانیک است که پارامترها و عوامل مکانیکی ناظر بر زوال ماده ی تحت بارگذاریهای مکانیکی را مورد مطالعه قرار می دهد. این پایان نامه به پیاده سازی عددی مدل شکست دو مقیاسی در خستگی های پرچرخه می-پردازد. این مدل حاصل تلاشهای لمتر برای بررسی شکست در خستگی های پرچرخه است که توسط دسمورات توسعه یافته است. مدل معرفی شده در گام نخست به یک مدل عددی قابل پیاده سازی به صورت اجزای محدود تبدیل می گردد. سپس این مدل به صورت یک زیر برنامه با تکیه بر قابلیت تعریف ماده در نرم افزار آباکوس پیاده سازی می گردد. برای راستی آزمایی زیر برنامه نتایج حاصل از تحلیل اجزای محدود در نرم افزار با نتایج محققین مختلف مورد مقایسه قرار می گیرد. در اولین مقایسه، یک استوانه شیاردار برای بارگذاری بدون خستگی مورد استفاده قرار می گیرد پیش بینی محل بروز آسیب بحرانی با نتایج محققین دیگر مورد مقایسه قرار می گیرد. در دومین مقایسه استوانه ای جدار نازک تحت بارگذاری های همزمان خستگی دما و فشار مورد تحلیل قرار می گیرد و پیش بینی زمان وقوع شکست مورد ارزیابی قرار می گیرد. در ادامه مدل تائید شده برای تحلیل مدل شفت گرداننده پره های بالگرد تحت تنش های خستگی مورد استفاده قرار می گیرد. عمر روی گره هایی که دارای حداکثر و حداقل مولفه های تانسور تنش هستند محاسبه و از بین آنها محل بحرانی تعیین می شود.

در این تحقیق پیش بینی شکست در بارگذاری خستگی کم چرخه برای آلیاژ آلومینیم 7075-t6 با رهیافت مکانیک آسیب به روش عددی وتجربی صورت می گیرد. ابتدا با معرفی آسیب به تعاریف پایه مکانیک آسیب پرداخته می شود. سپس معادلات ساختاری و مدل آسیب لمتر بر مبنای تغییر مکان کوچک معرفی می شود. در گام بعدی دو آلگوریتم برای حل معادلات معرفی می شود. در یک آلگوریتم ، بهنگام نمودن تنش ها، بدون درنظرگرفتن کارسختی سینماتیکی انجام می گیرد. در آلگوریتم دوم ترکیب کارسختی همسان و سینماتیک در بارگذاری خستگی لحاظ می شود. در ادامه به روش تجربی، پارامترهای آسیب و ضرایب کارسختی، برای آلومینیم 7075-t6، در شرایط تنش سه بعدی هماهنگ با شرایط واقعی، محاسبه می شوند. سپس توانایی آلگوریتم های ارایه شده در پیش بینی رفتار ماده تحت شرایط مختلف بارگذاری و خستگی کم چرخه مورد بررسی قرار می گیرد. آلگوریتم ترکیبی می تواند رفتار ماده را مطابق با نتایج تجربی مدل سازی نماید. در صورتی که آلگوریتم ساده شده قادر به پیش بینی صحیح رفتار ماده بارگذاری خستگی و غیریکنواخت نیست.

آلیاژهای حافظه دار به عنوان یکی از انواع مواد هوشمند دارای ویژگی های رفتاری خاص از قبیل خاصیت حافظه داری، سوپر الاستیک، مقاومت بالا نسبت به نیروی خارجی و خواص زیست سازگار هستند. این ویژگی ها درکنار امکان وارد نمودن این آلیاژها در کاربردهای متعدد تجاری، کاربردهایی را نیز در سیستم های میکرو به همراه داشته است. آلیاژ های حافظه دار و به ویژه یکی از انواع برجسته آن آلیاژ نایتینول، در حالت سوپر الاستیک کرنش بازگشت پذیر بالایی را به همراه هیسترزیس نیروی قابل توجه از خود ارائه می دهند. وجود این ویژگی باعث تمایل محققان به وارد کردن این آلیاژها در کاربردهایی به عنوان دمپر شده است. در این تحقیق بر پایه این ویژگی یک دمپر حافظه دار با هدف افزایش استهلاک و جابجایی خروجی مکانیزم نسبت به سیم های نایتینولی و مکانیزم های مشابه طراحی، تحلیل و ساخته شده است. جهت افزایش جابجایی خروجی در این دمپر، از دو مجموعه استهلاکی مجزا در یک طول دمپر به صورت موازی، استفاده شده است. هر یک از این مجموعه ها به واسطه مکانیزم طراحی شده در حرکت محور دمپر به یک سمت حالت تعادل فعال شده و در کارکرد وارد می شوند. هر یک از مجموعه های استهلاکی دارای دو سیم نایتینولی هستند؛ در حالت تعادل یکی از سیم ها در حالت کرنش صفر و سیم دوم در حالت حداکثر کرنش قرار دارد؛ با حرکت محور از حالت تعادل، سیم با کرنش صفر کشیده و سیم با کرنش اولیه شروع به کاهش کرنش می نماید. این عملکرد سیم ها باعث افزایش استهلاک خروجی سیستم می شود. حل عددی صورت گرفته بر اساس مکانیزم طراحی شده، علاوه بر امکان پذیر بودن طرح ارائه شده، برای دمپر طراحی شده استهلاک معادل ویسکوز برابر با 8/11% را معرفی می نماید. با تکمیل و اجرایی نمودن طرح دمپر، ساخت آن با در نظر گرفتن ملزومات مونتاژ و اعمال شرایط اولیه نظیر پیش کشش سیم های نایتینولی، صورت گرفته است. تست کشش و فشار بر روی دمپر طراحی شده با کمک ابزار های جانبی طراحی شده، انجام شده است. نتیجه تست، استهلاک معادل ویسکوز برابر با 54/11% را نشان می دهد؛ همچنین رفتار نیرو- جابجایی بدست آمده از تست جهت اعتبار سنجی و اطمینان از صحت عملکرد با نتایج حل عددی مقایسه شده است که این قیاس انطباق بالایی را نمایش می دهد. در پایان پارمترهای مختلف موثر بر عملکرد دمپر مانند پارامتر های بارگذاری، ابعادی و ویژگی های سیم های حافظه دار بررسی شده و بر این اساس مقادیر بهینه معرفی شده اند. همچنین با توجه به ویژگی های دمپر حافظه دار ساخته شده و با در نظر گرفتن انعطاف بالای طرح در جهت اعمال تغییرات ابعادی و تغییر در سیم های نایتینولی، کارکردهای تجاری و عملی برای آن پیشنهاد شده است.

آلیاژهای حافظه دار دسته ای از مواد هوشمند هستند که امروزه در صنایع مختلف از جمله سیستم های رباتیکی مورد توجه قرار گرفته اند. یکی از کاربردهای این آلیاژها در سیستم های رباتیکی، ساخت عملگرهای مورد نیاز در انگشت ها و دست های مصنوعی است. از جمله مزایای این عملگرها می توان به سادگی مکانیکی، اندازه ی کوچک، نسبت نیرو به وزن بالا و عملکرد بی سر و صدا اشاره کرد. این عملگرها دارای دینامیک مکانیکی-الکتریکی-حرارتی پیچیده بوده و نتیجتا" مدل کردن آنها دشوار است. در واقع مشکل اصلی برای مدل کردن عملگرهای حافظه دار این است که دما و تنش آن ها به طور هم زمان تغییر می کند. بنابراین انتخاب مدلی مناسب که بتواند با وجود وابستگی دما و تنش رفتار آلیاژهای حافظه دار را به خوبی پیش بینی کند از اهمیت ویژه ای برخوردار است. برای مدل کردن آلیاژهای حافظه دار مدل سینتیک تغییر فاز و مدل ساختاری نیاز می باشند. مدل سینتیک بیان کننده ی تبدیل فاز آلیاژ حافظه دار می باشد و مدل ساختاری رابطه ی بین تنش، کرنش و دمای آن را بیان می کند. هیسترزیس غیر خطی و وجود نامعینی ها نیز کنترل عملگرهای حافظه دار را دشوار می کند. مدل کردن رفتار آلیاژهای حافظه دار جهت استفاده در الگوریتم کنترل، استفاده از روش کنترلی مناسب جهت جبران هیسترزیس و غلبه بر نامعینی ها به همراه سینماتیک انگشت ربات و در نهایت بررسی نتایج موضوع اصلی این تحقیق را دربر می گیرند. در این تحقیق به منظور مطالعه ی رفتار آلیاژهای حافظه دار و بررسی عملکرد کنترل کننده های ارایه شده یک بازوی دورانی که توسط آلیاژهای حافظه دار تحریک می شود مدل شده است. همچنین تغییر دمای آلیاژهای حافظه دار به منظور تحریک آن ها به صورت الکتریکی با اعمال ولتاژ انجام می پذیرد. شبیه سازی مدل ارایه شده توسط نرم افزار matlab انجام شده است. برای بازوی دورانی ذکر شده الگوریتم های کنترلی متفاوتی طراحی شده اند. ابتدا یک کنترل کننده ی pid بر پایه ی موقعیت طراحی شده است و نشان داده شده است که این کنترل کننده برای همه ی موقعیت های زاویه ای نمی تواند به خوبی عمل کند. همچنین این کنترل کننده در تعقیب مسیر نتوانسته است که عملکرد مناسبی ارایه دهد. با توجه به وابستگی دما و تبدیل فاز آلیاژهای حافظه دار به تنش، انتخاب تنش به عنوان ورودی مرجع می تواند کارآمد باشد. بنابراین یک کنترل کننده ی مود لغزشی بر پایه ی تنش طراحی شده است. بررسی نتایج، عملکرد بهتر این کنترل کننده را هم در رسیدن به موقعیت زاویه ای مطلوب و هم تعقیب مسیر نشان می دهد. با مطالعه ی نتایج مشخص می شود که انتخاب مقادیر متفاوت برای شیب سطح لغزشی بر عملکرد کنترل کننده اثر می گذارد. بنابراین برای بهبود عملکرد کنترل کننده ی مود لغزشی از یک تنظیم کننده ی فازی برای تنظیم شیب سطح لغزشی استفاده شده است. تنظیم کننده ی فازی بر اساس ورودی خطای موقعیت طراحی شده است. عملکرد بهتر کنترل کننده ی فازی-مود لغزشی نسبت به دو کنترل کننده ی قبلی نشان داده شده است. در نهایت برای بررسی مقاوم بودن کنترل کننده ی فازی-مود لغزشی عملکرد کنترل کننده با در نظر گرفتن ممان اینرسی بازو، ضریب میرایی و ضریب جابه جایی حرارتی به عنوان نامعینی های موجود تحقیق شده است. عملکرد الگوریتم های کنترلی طراحی شده برای کنترل موقعیت یک بازوی دورانی با یک درجه آزادی که توسط آلیاژهای حافظه دار تحریک می شود مورد مطالعه قرار گرفته و همین طور نحوه ی عملکرد یک انگشت سه بندی دارای عملگرهای ساخته شده از آلیاژهای حافظه دار به همراه برخی نتایج بیان شده است.

در این پژوهش تحلیل سینماتیک و دینامیک ربات پیوسته سه بخشی با عملگرهای ساخته شده از مواد هوشمند و نیز کنترل موقعیت پارامترهای فضای پیکره بندی این ربات با بکارگیری روش های مختلف کنترلی مدنظر قرار گرفته است. ربات مورد بررسی از سه بخش انعطاف پذیر تشکیل شده است. در این حالت انتهای هر بخش، ابتدای بخش بعدی خواهد بود. هر بخش از یک سیم مرکزی و سه سیم جانبی، تشکیل می شود. محرک های این ربات در دو حالت کششی و فشاری به سیم های جانبی نیرو وارد می کنند و باعث خمش هر بخش و در نتیجه تغییر موقعیت ربات در فضا می شوند. در هر بخش علاوه بر سیم ها تعدادی دیسک صلب نیز وجود دارد. وظیفه ی عمده ی این دیسک ها حفظ پیوستگی هریک از بخش ها هنگام خم شدن سیم ها می باشد. سیم مرکزی به تمام دیسک ها متصل است، در حالی که سیم های جانبی تنها به دیسک انتهایی متصل هستند و می توانند آزادانه در دیسک های میانی و دیسک ابتدایی بلغزند. در نتیجه طول سیم های مرکزی ثابت و طول سیم های جانبی متغیر است. با توجه به فرض انحنای دایروی شکل، پیکر بندی هر بخش دارای دو درجه آزادی حرکت در فضا است. لذا پیکربندی یک ربات سه بخشی در فضا با شش مختصه حرکتی مشخص می گردد. در این گزارش، ابتدا معادلات سینماتیک مستقیم و معکوس ربات پیوسته به صورت جامع و قابل استفاده برای ربات با تعداد بخش های متفاوت مورد مطالعه قرار گرفته است. پس از آن، معادلات دینامیکی حرکت ربات پیوسته ی چندبخشی فضایی با استفاده از روش لاگرانژ استخراج شده است. در این معادلات، خواص و ویژگی های سیم های سوپرالاستیک در محاسبه انرژی پتانسیل لحاظ شده است. در ادامه و بر اساس معادلات حرکت سیستم، چهار روش کنترلی متفاوت جهت کنترل ربات در شرایط مختلف، مورد مقایسه قرار گرفته است؛ روش کنترلی گشتاور محاسبه شده، روش کنترلی مود لغزشی، روش کنترلی لغزشی-تطبیقی و روش مود لغزشی اصلاح شده. رفتار ربات تحت تاثیر عملکرد کنترل کننده های مطرح شده در شبیه سازی های متعدد نشان می دهد که کنترل مود لغزشی و لغزشی-تطبیقی گزینه های مناسبی برای کنترل این دسته از ربات ها در حضور تامعینی های پارامتری می باشند.

لزوم به کارگیری انواع فلزات در جنس ها و شکل های متفاوت در فعالیت های مختلف انسان، او را ملزم ساخته است تا همواره با ابداع روش هایی نوین، در راستای شکل دهی و تغییر شکل قطعات فلزی گام بردارد. از میان روش های نوپا در فرآیندهای شکل دهی در حیطه ی ورق ها، در این تحقیق به بررسی تکنیکی جدید با نام "شکل دهی تدریجی ورق های فلزی" پرداخته شده. در این فرآیند ورق فلزی بر روی سنبه ای با شکل خاص قرار می گیرد تا اینکه تغییر شکل موردنظر به وسیله ی حرکت تدریجی ابزار ایجاد گردد. در این روش، به کمک ایجاد حرکتی تدریجی در ابزار شکل دهنده به کمک ماشین کنترل عددی، شکل موردنظر در ورق ایجاد می گردد. این پروژه رویکردهای تجربی و آزمایشگاهی این تکنیک را مورد بررسی قرار داده است. به عبارت دیگر آماده سازی تجهیزات مورد نیاز و نیز کسب توانایی در پیاده سازی این روش، از مهمترین اهداف این تحقیق بوده، زیرا همواره در فضای عملی یک فرآیند، شرایط و پارامترهای ویژه ای وجود دارد که تسلط کافی بر این عوامل و نیز توانایی در انجام آزمون های سالم و کامل از یک روش، بسیارحائز اهمیت می باشد. آزمایش های تجربی با در نظرگرفتن ورق های از جنس آلومینیوم و برنج در ضخامت های مختلف انجام شده است. همچنین به منظور اطمینان از انجام صحیح آزمون ها، بین برخی از پارامترهای مهم در نتایج آزمایش ها و مراجع موجود در این زمینه، مقایسه ی کاملی ارائه شده است. علاوه بر این، دراین تحقیق نیرو به عنوان پارامتری مهم و تأثیرگذار دریک عملیات شکل دهی اندازه گیری شده و نیز تأثیر چهار پارامتر قطر ابزار شکل دهی، ضخامت ورق، گام عمودی ابزار و نوع باربرداری ابزار، بر روی نیرو و میزان شکل پذیری ورق بررسی شده است. لازم به ذکر است که فرآیند اندازه گیری و مشاهده ی لحظه ای نیرو، به روشی جدید و ابداعی و به کمک دو حسگر نیروسنج و نرم افزار labview در این پروژه پیاده سازی شده است.

امروزه با توجه به گسترش صنایع پیشرفته، تولید تجهیزات فلزی با استفاده از تکنولوژی های نوین اهمیت ویژه ای یافته است. در میان تجهیزات صنعتی، قطعات پوسته ای شکل به دلیل کاربردهای متعدد و بروز چالش های جدی در حین عملیات شکل دهی توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده است. در این پایان نامه، فرآیند نوینی با عنوان عملیات شکل دهی تدریجی ورق های فلزی معرفی می گردد که با استفاده از آن می توان قطعات پوسته ای شکل با کاربردهای گوناگون را تولید نمود. در این نوع خاص از عملیات شکل دهی، به منظور کاهش نیروهای ایجاد شده در حین فرآیند و افزایش محدوده ی شکل پذیری ورق فلزی، از ابزاری با ابعاد بسیار کوچک استفاده می شود. در این فرآیند، ورق فلزی بر روی سنبه ای با شکل خاص قرار می گیرد و با حرکت تدریجی و برنامه ریزی شده ی ابزار به دور سنبه، تغییر شکل مورد نظر متناسب با شکل سنبه در ورق ایجاد می گردد. به این ترتیب، می توان تغییر شکل های پیچیده را در ورق های فلزی ایجاد نمود. در این پروژه، بر اساس آزمایش های تجربی و تحلیل های تئوری، رفتار ورق در حین فرآیند بررسی شده است. به این منظور، با در نظر گرفتن بارگذاری اِعمال شده به المانی از ماده و با استفاده از تحلیل قاچی، روابط کلی حاکم بر فرآیند به دست آمده اند. بنابراین، پس از محاسبه ی تقریبی میدان تنش، می توان نیروی اِعمال شده به ابزار را تعیین نمود. محاسبه ی نیروی اِعمال شده به ابزار، معیار مناسبی به منظور انتخاب نوع ماشین کنترل عددی در اختیار کاربر قرار می دهد. همچنین، با بررسی نیروی ایجاد شده در حین فرآیند، نقاط بحرانی عملیات شکل دهی تدریجی و شرایط مربوط به آن تعیین می گردد. تحلیل فرآیند شکل دهی تدریجی ورق های فلزی با استفاده از روش اجزای محدود، یکی از مهمترین موضوعات مورد نظر در این پروژه می باشد. مهمترین چالش در شبیه سازی این فرآیند، مدل سازی حرکت ابزار در نرم افزار است. اهمیت این موضوع، زمانی افزایش می یابد که مسیر حرکت ابزار به صورت کاملاً دقیق (مطابق با مسیر دریافت شده از کنترلر ابزار) در محیط نرم افزار شبیه سازی گردد. در این صورت، تعریف چندین هزار نقطه در محیط نرم افزار (مربوط به مسیر ابزار) ضروری به نظر می رسد. در این پایان نامه، با استفاده از روشی نوین مسیر کنترل شده ی ابزار در نرم افزار abaqus مدل سازی شده است. بر اساس نتایج به دست آمده از شبیه سازی اجزای محدود، امکان بررسی افزایش شکل پذیری ورق فلزی در عملیات شکل دهی تدریجی و پارامترهای موثر در آن فراهم می گردد. به این ترتیب، بر اساس نتایج حاصل از آزمایش های تجربی و تحلیل های تئوری، تصمیم گیری جامعی در مورد مکانیزم شکل پذیری ورق در این فرآیند ارائه می گردد.

مواد هوشمند در سال های اخیر به دلیل دارا بودن خواص ویژه بسیار مورد توجه بوده اند. در این میان مواد حافظه دار با داشتن خواص متمایزی از جمله حافظه داری، سوپرالاستیسیته و زیست سازگاری، نسبت به سایر مواد هوشمند همواره مورد بررسی و استفاده واقع گشته اند. یکی از مهم ترین مواد حافظه دار، آلیاژ نیکل- تیتانیوم (نایتینول) می باشد. نوع متخلخل این آلیاژ اخیراً به عنوان جایگزینی مناسب برای بافت های سخت بدن بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از این رو تولید این آلیاژ موضوع مورد بررسی در بسیار ی از تحقیقات می باشد. در این پژوهش ابتدا خواص مورد نیاز برای آلیاژ متخلخل نایتینول حافظه دار برای به کارگیری به عنوان کاشتنی بین مهره ای تعریف شده اند. سپس، با توجه به تاریخچه تحقیقات انجام گرفته برای ساخت این آلیاژ، روش های ساخت مورد استفاده برای تولید آن مورد بررسی قرار گرفته و روش سنتز احتراقی به عنوان فرآیند مورد استفاده در این تحقیق، انتخاب شده است. در ادامه فعالیت های عملی انجام شده برای تولید آلیاژ مذکور تشریح گردیده اند. ابتدا پودر مواد اولیه (نیکل و تیتانیوم) تهیه شده است. مخلوط این پودرها در چندین مرحله و در شرایط مختلف آسیاب شده اند تا فعال سازی اولیه در آن ها صورت گیرد. مخلوط حاصل در قالب فشرده شده و به صورت یک قرص درآمده است. نمونه خام حاصل در این مرحله، با استفاده از اعمال قوس الکتریکی به عنوان احتراق اولیه نمونه ها، مورد فرآیند سنتز احتراقی قرار گرفته است. در مراحل بعدی ترکیب نمونه بررسی شده و با تغییر شرایط مختلف، به بهبود فرآیند مورد استفاده پرداخته شده است. به منظور بررسی فازهای تشکیل شده در محصول از آزمایش آنالیز xrd استفاده گردیده و مشخص شده است که فاز غالب در محصولات تولید شده niti می باشد.همچنین میزان کل تخلخل و درصد تخلخل باز محصول بر اساس استاندارد iso2738 اندازه گیری و میزان کل تخلخل محصول 50 درصد محاسبه شد که حدود 85 درصد آن را تخلخل های باز تشکیل می دهند. آزمون فشار نیز بر روی نمونه ها انجام گرفته است که نتیجه آن، استحکام تسلیم حدود 250 مگاپاسکال و مدول الاستیک حدود 2 گیگاپاسکال در نمونه های تولیدی می باشد. تاثیر پارامترهای مختلف از جمله شرایط آسیاب کاری، میزان فشردگی لازم برای تهیه نمونه خام بر شرایط مرحله اشتعال بررسی گردیده است و در نهایت در این پژوهش، فرآیند تولید نایتینول متخلخل تدوین گردیده است.

در مسائلی که در آن جسم دچار ترک شده یا بطور کلی خرد می شود، بدلیل پیچیدگی بالای معادلات، نیاز به سرعت رشد ترک ها، راستای آن ها و موارد دیگر استفاده از روش های موجود را تقریباً ناممکن می کند. برای بهبود این موقعیت یک نظریه در مکانیک جامدات پیشنهاد شد که نیازی به مشتقات مکانی برای ارزیابی در یک جسم نداشت. این نظریه که نظریه پری داینامیک نام گرفت معادلات انتگرالی را جایگزین معادلات پاره ای کرد. پژوهش حاضر نشان می دهد که نظریه پری داینامیک یک روش مناسب برای فرمول بندی اجسام و بخصوص مدل سازی اجسام ترد در مسائل الاستیسیته و الاستودینامیک و همچنین مسائل مربوط به برخورد اجسام بوده و می تواند با هزینه محاسباتی کمتر نسبت به دیگر روش های موجود مانند sph و emu به مدل سازی این فرایندها بپردازد. همانند هر نظریه علمی جدید بررسی صحت این روش یک فرایند زمان بر است. بنابراین انگیزه اصلی در بسیاری از مطالعات نشان دادن سازگاری کامل معادلات پری داینامیک با ساختار ابتدایی تحلیل های المان محدود (fea) بوده که در چارچوب fea ، ارتباط این روش با مدل های المان محدود کلاسیک ممکن می باشد. بطور کلی می توان گفت در کلیه مسائل همراه با تغییر شکل های زیاد، روش مذکور با دقت خوبی در مقایسه با نتایج تجربی و تحلیلی موجود رفتار مواد را پیش بینی می کند. در این تحقیق با مطالعه پری داینامیک و بررسی نتایج حاصل از اعمال روش های محاسباتی به آن صحت این نظریه را برای چند مسأله مختلف در الاستیسیته و الاستودینامیک بررسی نمودیم. این مسائل عبارتند از: مسأله برخورد گلوله آلومینیومی به اجسام ترد انتشار موج یک بعدی در میله محدود ناشی از بار ضربه ای انتشار موج یک بعدی داخل میله ها ناشی از برخورد آن ها به یکدیگر انتشار موج دوبعدی (لمب) بررسی انتشار موج در مواد fgm در فصل اول این رساله معرفی مختصری از نظریه پری داینامیک ارائه شده و فرمول بندی اساسی موضوع بیان شده است. در ادامه به معرفی دو ماده کاربردی مورد استفاده در نظریه پری داینامیک پرداخته شده و انتهای فصل به بررسی فرمول بندی انتشار موج طولی در این نظریه اختصاص داده شده است. فصل دوم به مرور مقالات ارائه شده برای این نظریه می پردازد. در فصل سوم نرم افزار lammps معرفی و شیوه پیاده سازی نظریه پری داینامیک در این نرم افزار بررسی شده است. نتایج عددی بدست آمده از این پژوهش در تحلیل انتشار موج برای میله های یک بعدی، مواد fgm ، انتشار موج دوبعدی و برخورد با سرعت های بالا به همراه جزئیات آن در فصل چهارم مورد بررسی قرار گرفته است.

چکیده امروزه با توجه به پیشرفت های صنعتی، روش های قدیمی تولید قطعات صنعتی منسوخ شده و روش های جایگزین که هر کدام به نحوی روشی بهینه سازی شده از همان روش های قبل می باشد، توسعه یافته اند. یکی از مهمترین روش های تولید به خصوص در مورد قطعات برنجی، فورج می باشد که به دلیل ویژگی های منحصر به فرد آن همچنان مورد توجه محققین می باشد. یکی از مشکلات روش های قدیمی فورج این است که مقدار قابل ملاحظه ای از مواد اولیه به پلیسه تبدیل می گردد. به همین دلیل روش فورج بدون پلیسه توسعه یافته تا از این اتلاف مواد جلوگیری نماید. به خصوص در مورد فلزهای گران قیمتی مثل برنج این صرفه جویی می تواند از اهمیت بیشتری برخوردار باشد. در این تحقیق به شبیه سازی فرآیند فورجِ بدنه شیر گاز ?1?2?^(//)پرداخته شده است. در این شبیه سازی ها نتایجی مثل نیروی فورج، دمای قالب، سایش ابزار، تنش موثر، مشاهده ی آسیب هایی از قبیل حفره در قطعه کار و پرشدن قالب مورد ارزیابی قرار گرفته است. این نوع کار که از روش المان محدود استفاده می کند و همه ی نتایج مذکور را مورد توجه قرار داده ، بی نظیر می باشد. در گام نخست به شناسایی و شبیه سازی فرآیند موجود در صنعت و ارزیابی آن پرداخته شده و مشکلات آن شناسایی می گردد. سپس پیشنهاداتی برای بهبود همین فرآیند ارائه گردیده و ملاحظه می شود که نه تنها مشکلات قبل حل شده بلکه نیروهای فورج هم حدود22% کاهش می یابد. در گام بعدی به ارائه سه طرح و ایده برای قالب فورج بدون پلیسه پرداخته می شود. از این سه طرح، یکی از آنها یعنی قالب با پلیسه کنترل شده در همان مراحل اولیه شبیه سازی به دلیل پرنشدن کامل قالب حذف و از دو طرح دیگر هم تنها یکی از طرح ها یعنی قالب بدون پلیسه معمولی پذیرفته شد. قالب بدون پلیسه با سنبه مخصوص به دلیل افزایش بیش از حد تنش در یکی از سنبه ها و در نتیجه کاهش شدید عمرِ آن از نظر خستگی مردود دانسته می شود. قالب بدون پلیسه معمولی از نظر نیرو های فورج نسبت به طرح اصلاح شده باپلیسه افزایش 30% داشته و در نتیجه تنش های وارد بر اجزا هم بیشتر بوده و عمر آن ها از نظر خستگی کاهش می یابد، همچنین سایش ابزار قالب بدون پلیسه حدود 12% بیشتر از قالب با پلیسه دیده شد. هزینه تولید قالب در طرح بدون پلیسه کمتر و نرخ تولید به دلیل حذف عملیات اضافی دوره بری افزایش دارد. در مورد قالب و قطعه کار هم افزایش دما مشاهده می شود. در نهایت در وزن لقمه اولیه که gr164 بوده، حدود gr24 صرفه جویی می شود که در تولید انبوه می تواند قابل توجه باشد. بنابراین می توان با دقت بیشتر در انتخاب ابزار و تجهیزات جانبی مثل اره ی برش لقمه ها ، این طرح را به صنعت پیشنهاد داده تا با استفاده از آن هم نرخ تولید افزایش یافته و هم در هزینه تولید کاهش چشمگیری مشاهده گردد.

آلیاژهای حافظه دار به دلیل دو ویژگی حافظه داری و شبه الاستیکی که از خود بروز می دهند بسیار مورد توجه هستند. این آلیاژها اغلب به صورت سیم مورد استفاده قرار می گیرند و در برخی کاربردها تحت بار چرخه ای قرار می گیرند. از این جمله موارد می توان به فرآیند تربیت برای ایجاد خاصیت حافظه داری دوطرفه اشاره کرد. تربیت عموماً به صورت اعمال بارهای چرخه ای تا زمان حصول پاسخ تثبیت شده و در نتیجه تثبیت کرنش های غیرالاستیک درون یک آلیاژ حافظه دار به عنوان یکی از موثرترین روش های اکتساب خاصیت حافظه داری دوطرفه است. همچنین استفاده از این آلیاژها به عنوان میراگر جهت کنترل ارتعاشات مکانیکی به دلیل ظرفیت بالای میرایی که از خود بروز می دهند نمونه دیگری از موارد قرارگیری آلیاژهای حافظه دار تحت بار چرخه ای است. لذا اهمیت مطالعه و شناخت دقیق رفتار این آلیاژها در بارگذاری چرخه ای بیش از پیش مورد توجه قرار می گیرد. وابستگی حرارتی- مکانیکی موجود در آلیاژهای حافظه دار و تاثیر آن در نرخ کرنش های بالا عامل اصلی ایجاد تغییرات دما در آلیاژهای حافظه دار هنگام بارگذاری چرخه ای است. تغییرات دمایی آلیاژدر هر چرخه یکی از اصلی ترین دلایل وابستگی پاسخ های چرخه ای آلیاژهای حافظه دار در هر چرخه به چرخه های قبلی است. از این رو در بررسی پاسخ های چرخه ای، چه در حالت گذرا و چه در حالت ماندگار نیاز به حل کامل تمام چرخه های ماقبل است که اغلب منجر به حل معادلات پیچیده و وقت گیر می گردد. اگر چه در بیشتر مطالعات انجام شده روی این آلیاژها شرایط بارگذاری شبه استاتیک فرض شده، اما در بحث بررسی رفتار چرخه ای توجه به مدل های وابسته به نرخ اجتناب ناپذیر است. در قسمت نخست این تحقیق با استفاده از مدل کدخدایی و همکاران معادلات حرارتی- مکانیکی در چارچوب مکانیک محیط های پیوسته برای دو حالت تنش-کنترل و کرنش-کنترل تحلیل شده است. با نوشتن برنامه ای به زبان متلب، مساله مقدار مرزی به صورت عددی حل و پاسخ های چرخه ای استخراج شده با نتایج کدخدایی و همکاران مقایسه گردیده است. با انجام آزمون آزمایشگاهی روی سیم نایتینولی در شرایط بارگذاری تنش-کنترل و کرنش-کنترل اعتبار روابط و نتایج استخراج شده سنجیده شده است. با مقایسه ی نتایج بدست آمده تطابق خوبی بین نتایج تجربی و شبیه سازی شده مشاهده گردید. در قسمت دوم برای حل مشکل وابستگی پاسخ ها به دما و همچنین حدس تعداد چرخه های لازم برای رسیدن به پاسخ تثبیت شده، بدون حل معادلات، ایده ای به این صورت ارائه گردیده که در آن فرض شده در بارگذاری چرخه ای دما تغییر نمی کند و اثرات تغییر دما برروی سایر خصوصیات فیزیکی آلیاژ لحاظ شده است. به عبارت دیگر در تحلیل رفتار چرخه ای سیم حافظه دار به جای لحاظ کردن تغییرات دما، با ثابت فرض کردن درجه حرارت سیم با مساله بار گذاری غیراستاتیکی همانند حالت شبه استاتیک رفتار شده، با این تفاوت که ثابت های ماده به گونه ای تغییر داده می شوند تا پاسخ غیراستاتیک در هر لحظه برآورده شود. در ادامه الگویی برای تغییرات خواص یادشده با رویکرد ارتباط آن ها با تعدادچرخه ها و نرخ کرنش اعمالی بیان گردیده و تعداد چرخه های بارگذاری تا رسیدن به حالت پایدار در نرخ کرنش های مختلف و شرایط بارگذاری متفاوت محاسبه گردیده است. در ادامه روابط مربوط به نحوه ی تغییرات خواص مذکور و محاسبه میزان حساسیت ضرائب روابط به شرایط بارگذاری نیز مطالعه گردیده است. در انتها تاثیر ویژگی های ساختاری و ابعادی سیم نایتینولی اعم از دماهای تغییر فاز و قطر سیم بر پارامترهای مورد بحث بررسی شده است.

در میان مواد هوشمند، آلیاژهای حافظه دار به دلیل ایجاد کرنش های زیاد و رفتارهای ویژ? خود، همواره مورد توجه پژوهشگران بوده و تلاش های زیادی برای مدل کردن رفتار این مواد صورت گرفته است. شاخه ای از این مواد که به تازگی مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است، علاوه بر رفتارهای متداول آلیاژهای حافظه دار قادر به ایجاد کرنش در میدان مغاطیسی می باشد. به این مواد آلیاژهای حافظه دار فرومغناطیس می گویند. تاکنون تلاش های زیادی برای مدل کردن رفتار این مواد تحت بارگذاری هایی که ترکیبی از میدان مغناطیسی و تنش بوده، صورت گرفته است. مدل هایی که تاکنون ارائه شد به صورت ضمنی بوده که برای شبیه سازی به کمک آن ها بعضاً حل های عددی طولانی لازم می باشد. در مقایسه با مدل های ضمنی ارائه شده، مدلی صریح که قادر به پیش بینی رفتار این مواد تحت هر بارگذاری باشد، ارائه نشده است. در این پایان نامه هدف بر این است که مدلی صریح ارائه شود که قادر به پیش بینی رفتار این مواد تحت هر گونه بارگذاری بوده و به سادگی و بدون نیاز به استفاده از روش های عددی قابل استفاده باشد. به منظور دستیابی به مدل ارائه شده برای آلیاژهای حافظه دار فرومغناطیس، فرضیات و تعاریفی که در آلیاژهای حافظه دار پذیرفته شده اند و برای مدل کردن رفتار این مواد مورد استفاده قرار می گیرند، در ابتدا مورد نقد و بررسی قرار گرفته اند و شرایطی معرفی شده است که مدل های موجود در آلیاژهای حافظه دار نتایجی متضادی با واقعیت ارائه می دهند. همچنین آزمایش هایی برای بررسی فرضیات و مدل های پذیرفته شده در آلیاژهای حافظه دار صورت گرفته است و عدم سازگاری این فرضیات و این مدل ها با آزمایش نشان داده شده است. سپس مدلی صریح بر مبنای مکانیک محیط های ارائه شده قابلیت مدل کردن رفتار آلیاژهای حافظه دار را هنگامی که تغییر فاز در آنها رخ می دهد دارا می باشد. در این مدل اثر تاریخچ? بارگذاری بر روی شرایط شروع تغییر فاز در نظر گرفته شده است. بنابراین سطوح فازی به جای دیاگرام های فازی موجود معرفی شدند و به کمک نتایج آزمایش های موجود صحت مدل ارائه شده، نشان داده شده است. مدل صریحی که در این پایان نامه برای آلیاژهای حافظه دار فرومغناطیس ارائه شده است بر مبنای مکانیک محیط های پیوسته بوده و قابلیت پیش بینی رفتار این مواد را هنگامی که تحت اثر همزمان میدان مغناطیسی و تنش می باشند دارا است. به منظور بررسی صحت این مدل آزمایش هایی متناسب بر روی نمون? آلیاژ حافظه دار فرومغناطیس انجام گردیده است و همخوانی بسیار خوب آزمایش ها و پیش بینی مدل، دلیلی بر صحت مدل ارائه شده می باشد. از ویژگی های بارز این مدل علاوه بر سادگی استفاد? آن، در نظر گرفتن تاریخچ? بارگذاری بر روی شرایط شروع فرآیند کرنش غیر الاستیک می باشد. دیاگرام های فازی و سطوح فازی مناسب به گونه ای تعریف شده اند که قابلیت استفاده در تمامی حالات ممکن بارگذاری را دارا باشند. همچنین رفتار این مواد تحت بارگذاری دو محوره تنش مورد بررسی قرار گرفت و برای اولین بار مدلی مناسب که بتواند این رفتار را پیش بینی کند ارائه شده است.

درتحقیق پیش رو سعی شده است که به بررسی تنش های کامپوزیت های آلیاژهای حافظه دار، در حالتی که آلیاژهای حافظه دار به صورت الیاف در ماتریس قرار گرفته اند، پرداخته شود. بدین منظور، ابتدا روابط حاکم بر آلیاژهای حافظه دار توضیح داده شده است. پس از آن با استفاده از روابط توضیح داده شده، به نوشتن زیربرنامه ای در نرم افزار المان محدود آباکوس اقدام شده است؛ نوشتن زیربرنامه برای دستیابی به این هدف بوده است که بتوان آلیاژهای حافظه دار را به نرم افزار آباکوس معرفی کرد. زیربرنامه مذکور ابتدا در حالت یک بعدی برای مواد مذکور و پس از آن در حالت سه بعدی نوشته شده است. پس از آن با استفاده از زیربرنامه مذکور به مدل سازی نمونه های مورد نظر در شرایط مختلف (طول و دماهای مختلف) پرداخته شده و توزیع تنش در این شرایط به دست آمده است. سپس به شبیه سازی شکست در این مواد پرداخته شده است. در این راستا از المان چسب استفاده شده و تنش های مورد نیاز برای جدایش این کامپوزیت ها در شرایط مختلف مورد بررسی قرار گرفته و نتایج به دست آمده است. از جمله ی این نتایج می توان به وابسته نبودن تنش جداشدگی به طول الیاف قرار گرفته شده در کامپوزیت و نمودار تنش جداشدگی نسبت به دما در طول های مختلف اشاره کرد.

آلیاژهای حافظه دار دسته ای از مواد هوشمند هستند که ویژگی های منحصربه فرد حافظه داری و شبه الاستیسیته را از خود نشان می دهند. حافظه داری قابلیت بازیابی کرنش های ماندگار مکانیکی به کمک گرما است، در حالیکه شبه الاستیسیته قابلیت بازیابی کرنش های بزرگ (تا حد 8 %) در طی یک سیکل بارگذاری- باربرداری مکانیکی است. ویژگی های بی نظیر حافظه داری و شبه الاستیسیته به خاطر استحاله مارتنزیتی حالت جامد از یک فاز با تقارن و دمای بالا با نام آستنیت، به یک فاز با تقارن کم و دمای پایین با نام مارتنزیت ظاهر می شوند. این مواد تازه شناخته شده همچنین از ویژگی های دیگری نظیر نسبت نیرو به وزن بالا، زیست سازگاری، پاسخ آرام، عملکرد نرم و طولانی مدت بهره می-برند که منجر به مورد توجه قرار گرفتن آنها در بسیاری از کاربردهای مهندسی از پزشکی تا صنعت هوافضا به صورت چشمگیری گردیده است. با وجود آنکه آلیاژهای حافظه دار با شکل های متنوعی ساخته می شوند، در بسیاری از موارد به شکل سیم یا نوار مورد استفاده قرار می-گیرند. لذا شبیه سازی یک بعدی آن ها در بررسی مسائل واقعی، امری ضروری به نظر می رسد. در سه دهه ی اخیر مدل های بسیاری توسط محققان برای آلیاژهای حافظه دار ارائه شده و روش های عددی متنوعی نیز برای پیاده سازی این روابط به کارگرفته شده است. بسیاری از حل های موجود برای سیم حافظه دار به تنهایی و یا سازه های خاص و ساده شامل سیم حافظه دار قابل استفاده هستند. با توجه به اینکه سازه های هوشمند شامل سیم حافظه دار بسیار متنوع و پیچیده هستند، لذا واضح است که این حل های خاص جوابگوی نیاز بررسی این گونه مواد در چنین شرایطی نمی باشند. در کنار این حل های خاص، حل های کلی نیز وجود دارند که با مشکلاتی در بررسی رفتار آلیاژهای حافظه دار روبه رو هستند. در این تحقیق به منظور ارائه یک راهکار کلی، معادله ی یک بعدی متداولی برای آلیاژهای حافظه دار که هر دو رفتار حافظه داری و شبه الاستیسیته را در برمی گیرد، در نرم افزار تحلیل اجزای محدود آباکوس به کمک یک زیربرنامه تعریف شده است. یکی از مزیت های اساسی این زیربرنامه ترمومکانیکی، توانایی آن در بررسی هر مسیر پیچیده مکانیکی و حرارتی است. در نتیجه این زیربرنامه می تواند به راحتی در تحلیل اجزای محدود هر سازه ی هوشمند پیچیده شامل سیم حافظه دار مورد استفاده قرار گیرد. همچنین این زیربرنامه قابلیت مدل سازی رفتار آلیاژهای حافظه دار تحت شرایط استاتیکی، کوپل ترمومکانیکی (دینامیکی) و الکتروترمومکانیکی را دارد. برای صحت سنجی روش عددی ارائه شده، نتایج آن تحت بارگذاری و شرایط مرزی ترمومکانیکی مختلفی، با نتایج تحلیلی، آزمایشگاهی و نتایج حاصل از دیگر روش های عددی موثق، مقایسه شده که تطابق مناسبی را نشان می دهد. اثر نرخ افزایش دما، ضریب انتقال حرارت هدایتی و جابجایی بر پاسخ عملگرهای حافظه دار در حالت استاتیکی بررسی شده است. همچنین نشان داده شد که وقتی بارگذاری های مکانیکی با سرعت های نسبتا بالایی اعمال می شوند، فرض همدمایی دیگر اعتبار نداشته و هر چه نرخ باگذاری افزایش یابد، اثرات دمایی منجر به تغییرات شدیدتری در روند استحاله خواهند شد. در این حالت تغییرات دما وابسته به پارامترهایی از قبیل نرخ کرنش، ضریب انتقال حرارت جابجایی و قطر سیم است. علاوه بر آن، تاثیر درنظر گرفتن گرمای نهان استحاله بر عملکرد عملگرهای حافظه دار به صورت عددی بررسی شده و نشان داده شد که گرمای استحاله با کاهش پیشرفت استحاله مارتنزیتی، پاسخ عملگر را ضعیف تر می کند. در نهایت رفتار الکتروترمومکانیکی و پارامترهای موثر بر آن مورد مطالعه قرار گرفت. در این بخش نشان داده شد که اگر مقاومت ویژه ی الکتریکی ثابت و برابر مقدار آن در حالت مارتنزیت در نظر گرفته شود، افزایش دما در طول سیم با روند کندتری صورت می گیرد.

آلیاژهای حافظه دار خواص ترمومکانیکی سوپرالاستیسیته و حافظه داری دارند و به دلیل سودمند بودن این خواص، کاربرد این آلیاژها جهانی شده است. خواص اساسی آلیاژهای حافظه دار بر پایه ی استحاله ی مارتنزیتی رخ داده در آن ها، ظاهر می شوند. در استفاده های کاربردی آلیاژهای حافظه دار، المانهای آلیاژ در معرض بارهای ترمومکانیکی متنوعی هستند. در طول بارگذاری یک آلیاژهای حافظه دار به ویژه در نرخ کرنشهای بالا، به دلیل وجود کوپلینگ ترمومکانیکی موجود در این آلیاژها، دما در طول استحاله تغییر میکند. از این رو اگر کرنش در طول استحاله در نقطه ای ثابت نگهداشته شود، تغییرات دما سبب کاهش تنش در بارگذاری یا وارفتگی و افزایش تنش در باربرداری یا بهبود وارفتگی میشود. به همین صورت، اگر تنش در طول استحاله در نقطه ای ثابت نگه داشته شود، تغییرات دما سبب افزایش کرنش در بارگذاری یا خزش و کاهش کرنش در باربرداری یا بهبود خزش میشود. در قسمت نخست این تحقیق با استفاده از مدل کدخدایی و همکاران معادلات حرارتی- مکانیکی در چارچوب مکانیک محیط های پیوسته برای دو حالت تنش کنترل و کرنش کنترل تحلیل شده است و معادلات مربوط به پدیده های خزش و وارفتگی استخراج شده اند. با نوشتن برنامه ای به زبان متلب، معادلات خزش و وارفتگی به صورت عددی حل شده اند. روند حل برای هر پدیده در بارگذاری و باربرداری هرکدام طی سه مرحله انجام شده است. برای وارفتگی، ابتدا برنامه کرنش کنترل تا رسیدن به کرنش موردنظر مابین استحاله، اجرا و در مرحله بعد معادلات وارفتگی حل و میزان کاهش تنش در کرنش ثابت محاسبه شده و در انتها با حل مجدد برنامه کرنش کنترل فرایند تا پایان استحاله ادامه یافته است. فرایند باربرداری هم مانند بارگذاری بود، با این تفاوت که افزایش تنش در کرنش خاص دیده شده است. حل برنامه خزش هم روندی مانند آنچه برای وارفتگی ذکر شد، دارد با این تفاوت که، برنامه تنش کنترل تا رسیدن به تنش موردنظر مابین استحاله اجرا و در ادامه با حل برنامه ی خزش افزایش کرنش در بارگذاری و کاهش کرنش در باربرداری که به ترتیب خزش و بهبود خزش هستند، محاسبه شده است. در مرحله ی بعد، انجام تستهای آزمایشگاهی متنوع برای بررسی صحت و دقت مدلهای خزش و وارفتگی استخراج شده، مدنظر بوده است. برای رسیدن به این هدف، انجام یک سری اقدامات آزمایشگاهی و ساخت تجهیزات لازم بود. از اینرو قسمت دوم ، اختصاص به توضیح روند اقدامات آزمایشگاهی انجام شده برای انجام تست های مربوط به خزش و وارفتگی وهمچنین نحوه ساخت تجهیزات لازم و کالیبره کردن دستگاه های مورد استفاده دارد. در نهایت، با انجام تستهای گوناگون وارفتگی در دما و نرخ های متنوع و تستهای دما محیط خزش، دقت مدلها مورد بررسی قرار گرفته اند. با توجه به نتایج حاصل از تست و مدل، تطابق خوبی بین این دو مشاهده شده است. در ادامه تاثیر برخی عوامل از جمله نرخ کرنش، زمان و شعاع سیم آلیاژ حافظه دار در میزان خزش و وارفتگی مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به یافته های حاصل با افزایش میزان نرخ کرنش، خزش و وارفتگی هردو زیاد میشوند. در نتیجه، اگر کمترین میزان خزش مدنظر است باید تا جایی که امکان دارد از نمونه های قطورتر تحت نرخهای پایین تر استفاده کرد. این در حالیست که برای حصول کمترین میزان وارفتگی، باید از نمونه های با کمترین شعاع ممکن تحت نرخهای پایینتر استفاده کرد.

ریزساختار ناهمگن مواد هدفمند و تغییرات تدریجی و پیوسته ی خواص این مواد از یک سطح به سطح دیگر، باعث کاربرد فراوان این مواد در صنایع مختلف مانند سپرهای حرارتی، پوشش توربین گاز برای کاهش تورق و افزایش طول عمرآن، پوشش حرارتی در موتورهای بنزینی برای افزایش تراکم و راندمان، اجزای مبدل های حرارتی، روکش های پلاسما برای راکتورهای گداخت هسته ای، استخوان مصنوعی، فیبر نوری، صنایع ساعت سازی، اتصلات الکتریکی و مغناطیسی برای ولتاژهای بالا و غیره شده است. پایان نامه ی حاضر به مطالعه ی تحلیلی تغییرشکل های الاستیک-پلاستیک استوانه ی ساخته شده از مواد هدفمند در اثر دوران می پردازد. مدول الاستیسیته، چگالی و تنش تسلیم به صورت تابع توانی از مختصه ی شعاعی فرض شده اند. تحلیل بر پایه ی نظریه ی تغییرشکل های کوچک و با فرض طولی بسیار بزرگ در حالت کرنش-صفحه ای انجام شده است. با افزایش سرعت دورانی استوانه ی دوار از سرعت دورانی آستانه ی تسلیم که از تحلیل رفتار الاستیک به دست می آید، برای تحلیل تغییرشکل پلاستیک، از قانون جریان وابسته به معیار تسلیم ترسکا استفاده شده است. برای ارزیابی و اعتبارسنجی تحلیل ها، نتایج عددی با نتایج مشابه مربوط به حالت های خاص (استوانه ی همگن و استوانه ی هدفمند با چگالی و تنش تسلیم ثابت) که در مراجع پیشین موجود هستند، مقایسه و اعتبار نتایج نشان داده شده است. آن گاه اثر تغییر چگالی و تنش تسلیم، که در پژوهش های پیشین از آن چشم پوشی شده، بر تغییرشکل الاستیک-پلاستیک استوانه ی هدفمند دوار بررسی شده است. نتایج نشان می دهد چشم پوشی از تغییر چگالی و تنش تسلیم، نه تنها می تواند در اندازه ی جا به جایی شعاعی و مولفه های تنش و کرنش محاسبه شده، بلکه حتی در پیش بینی مکان شروع تسلیم و روند گسترش ناحیه ی تغییرشکل پلاستیک نیز خطای قابل توجهی را به همراه داشته باشد. بر اساس جستجوی نگارنده، در نظر گرفتن اثر تغییرات چگالی و تنش تسلیم بر رفتار مکانیکی استوانه ی توخالی هدفمند تازگی دارد و در پژوهش های منتشرشده ی پیشین، بررسی نشده است. در نظر گرفتن تغییرات چگالی و تنش تسلیم در راستای شعاع اثر قابل توجهی بر رفتار استوانه ی دوار دارد.

استفاده از مواد مرکب به علت مزایای فراوان از قبیل نسبت استحکام به وزن بالا، سختی زیاد، مقاومت به خوردگی بالا و... یکی از مهم ترین علل پیشرفت صنایع گوناگون در چند دهه گذشته بوده است. سازه های دوپایداره دسته ای از مواد مرکب هستند که به علت داشتن دو حالت کاملاً پایدار و عدم نیاز به هر گونه منبع دائم انرژی برای ماندن در هر کدام از این حالت های پایدار،کاربردهای فراوانی به ویژه در سازه های مورفینگ دارند. درک جامع و صحیح از پاسخ استاتیکی، دینامیکی و ارتعاشی این سازه ها برای استفاده آنها در کاربردهای عملی، امری انکار ناپذیر است. تاکنون مطالعات زیادی در زمینه پاسخ حرارتی و استاتیکی این صفحات انجام شده است، به همین دلیل توجه این پژوهش بیشتر بر بررسی پاسخ فرکانسی و دینامیکی صفحات مرکب دوپایداره با چینش[90/0] متمرکز شده است. بدین منظور در ابتدا با نوشتن برنامه ویژه در نرم افزار متلب و استفاده از روش ریلی - ریتز و کمینه سازی انرژی پتانسیل سیستم، حالت های پایدار و همچنین نیروی استاتیکی لازم برای پرش بر حسب دما و با در نظر گرفتن وابستگی دمایی خواص ماده مرکب و همچنین لایه های رزین و عدم تساوی ضخامت لایه ها، به دست آمده است. در ادامه با استفاده از دو روش، مدل ساده یک درجه آزادی و مدل توسعه یافته هیر به همراه اصل هامیلتون، فرکانس طبیعی ورق و پاسخ دینامیکی آن تحت تأثیر نیروهای خطی و هارمونیک با در نظر گرفتن وابستگی حرارتی مواد و لایه های رزین محاسبه و با نتایج شبیه سازی در نرم افزار اجزاء محدود آباکوس مقایسه و سازگاری مناسبی حاصل شده است. همچنین به منظور کاهش خطاهای موجود در مطالعات انجام شده، چندین تابع شکل جدید برای میدان جابجایی خارج از صفحه ارائه گردیده است و اثر توابع شکل در نظر گرفته شده در پاسخ استاتیکی و دینامیکی بررسی شده است. در پایان نیز به مطالعه ایده استفاده از صفحات مرکب دوپایداره در جداسازهای ارتعاشی پرداخته شده و با مدل خطی معادلش مقایسه شده است و نشان داده شده است که با استفاده از سختی منفی این سازه ها می توان عملکرد یک جداساز ارتعاشی غیرفعال را با گسترش پهنای باند آن بهبود بخشید.

آلیاژهای حافظه دار به خاطر داشتن خواصی ویژه و متمایز از سایرات فلزات، در پزشکی و صنایع مهندسی به خصوص هوافضا، رباتیک، عمران و نساجی کاربرد دارند. با توجه به سرعت رشد فناوری در جهان امروز و کاربرد فناورانه گسترده و روبه رشد این آلیاژها، خلأ ناشی از ناتوانی در پیش بینی عمر این مواد به شدت خودنمایی می کند. طی دهه های اخیر پژوهشگران زیادی توجه خود را به مطالعه و بررسی رفتار این آلیاژها معطوف داشته و اخیرا بررسی خستگی آنها و همین طور پارامترهای موثر بر این پدیده، موضوع داغ پژوهش ها شده است. از همین رو در این پروژه به بررسی خستگی آلیاژ مس- آلومینیوم- بریلیوم پرداخته شده و اثر پارامترهایی چون تنش و فرکانس بارگذاری بر عمر سیم مورد مطالعه قرار گرفته است. بررسی اثر فرکانس بارگذاری یکی از مهم ترین اهداف این پروژه بوده زیرا از یک سو تغییرات دمایی، اثر چشم گیر و به سزایی بر روی رفتار این گونه آلیاژها داشته و فرکانس باعث ایجاد تغییرات قابل توجهی در دمای چنین نمونه هایی می شود و از سوی دیگر تعداد محدودی از محققین توانسته اند اثر مستقیم این پارامتر را دیده و بررسی کنند. به دلیل متفاوت بودن رفتار آلیاژ مورد بررسی از آلیاژ متداول نیکل- تیتانیوم، دیاگرام فازی مرسوم برای پیش بینی تبدیل فاز نیز مورد اصلاح قرار گرفته است. یکی از ضعف هایی که در زمینه علم بررسی رفتار چرخه ای این آلیاژها وجود دارد، نبود مدلی توانا برای پیش-گویی رفتار این مواد می باشد زیرا اکثر نتایج به صورت آزمایشگاهی به دست آمده اند. در حال حاضر در این زمینه تنها یک مدل ساختاری موجود و مورد استفاده است که آن هم بر اساس مشاهدات آزمایشگاهی به دست آمده و در چارچوب مکانیک محیط های پیوسته نمی باشد. مدل مذکور عمر خستگی را با استفاده از پارامتری با نام انرژی اتلافی پایدار شده پیش گویی می کند. در پروژه اخیر به کمک یک مدل ریاضی که در چارچوب مکانیک محیط های پیوسته به دست آمده و ترمومکانیکی کوپله است، به پیش بینی رفتار نمونه سیمی پرداخته شده و نتایج مدل با نتایج آزمایشگاهی مقایسه و صحت سنجی شده است. پس از اطمینان از صحت نتایج عددی، دیاگرام فازی وابسته به چرخه ارائه شده و به منظور فرمول بندی پارامترهای وابسته به چرخه در این دیاگرام و همین طور انرژی اتلافی پایدار شده به کار رفته و در نهایت به کمک فرمول انرژی اتلافی پایدار شده، قانونی برای پیش بینی عمر خستگی نمونه به دست آمده است. در این قانون، اثر تنش و فرکانس بارگذاری روی عمر خستگی به روشنی مشاهده شده است. از آنجا که آزمایش کششی- فشاری یکی از رایج-ترین، ساده ترین و کم دردسرترین آزمایش های ممکن در این زمینه است، نتایج آزمایشگاهی با استفاده از بارگذاری کششی نمونه تولید گشته است.

آلیاژهای حافظه دار دسته ای از مواد هوشمند با دو ویژگی منحصربه فرد حافظه داری و شبه الاستیک می باشند که این دو ویژگی ناشی از استحاله ی فازی مارتنزیت تحت بارگذاری های ترمومکانیکی مختلف است. بسته به این دو ویژگی ذکر شده آلیاژهای حافظه دار در فرم های مختلفی به عنوان عملگر مورد استفاده قرار می گیرند که فنرها از پرکاربردترین این عملگرها هستند. برای ساخت نمونه های حافظه دار با شکل مشخص (مانند فنرها، چنگک ها و واشرها) با استفاده از نمونه اولیه (مانند میله ها، سیم ها و ورق ها) نیاز به انجام فرآیندی به نام تثبیت شکل است. فرآیند تثبیت شکل شامل تغییر شکل نمونه ی اولیه به شکل مورد نظر، مقید کردن نمونه و عملیات حرارتی است. در این پژوهش دو نوع سیم از جنس نایتینول استفاده می شود که یکی از آن ها در دمای محیط دارای خاصیت حافظه داری و دیگری دارای خاصیت شبه الاستیک است. عملیات حرارتی با استفاده از کوره لوله ای تحت اتمسفر (گاز آرگون) انجام می شود و فنرهایی با شرایط مختلف ساخته می شود. تأثیر دمای عملیات حرارتی و گام فنر بر روی دماهای استحاله و رفتار مکانیکی فنرهای مارپیچ حافظه دار بررسی می شود. دماهای استحاله با استفاده از آزمون dsc اندازه گیری می شود و رفتار مکانیکی سیم ها و فنرهای ساخته شده با استفاده ازآزمون فشار و کشش در دماهای مختلف به دست می آید. سختی فنرهای ساخته در شرایط مختلف اندازه گیری می شود و تغییرات سختی فنرها در هنگام استحاله بررسی می شود. هم چنین پارامترهای لازم برای مدل سازی با استفاده از نتایج آزمایشگاهی به دست می آید. در این پژوهش برای بررسی رفتار فنرهای حافظه دار، مدلی ارائه می شود که هر دو ویژگی حافظه داری و شبه الاستیک فنرهای مارپیچ حافظه دار را به خوبی نشان می دهد. از معادلات ساختاری اصلاح شده ی برینسون، معادلات تعادل استاتیکی فنر و سازگاری هندسی در این مدل استفاده شده است و با استفاده از معیار تسلیم فون میزز مدل یک بعدی برینسون به مدل قابل استفاده برای فنرهای حافظه دار تعمیم داده شده است. در این مدل، ضریب پواسون برخلاف کارهای قبلی برابر 5/0 فرض نمی شود و می تواند مقدار دلخواهی داشته باشد؛ علاوه بر این، حداکثر کرنش ماندگار در کشش و برش یکسان فرض نمی شوند. صحت نتایج حاصل از مدل در قیاس با نتایج آزمایشگاهی، مورد ارزیابی قرار می گیرد و نتایج حاصل از مدل با نتایج حاصل از آزمون های انجام شده مقایسه می شود. در پایان، اثر پارامترهای مختلف آلیاژهای حافظه دار مانند مدول الاستیک و شیب نمودار فازی بر رفتار مکانیکی فنرهای مارپیچ حافظه دار با استفاده از نتایج مدل ارائه شده بررسی می شود.

آلیاژ‏های حافظه‏دار، دسته‏ای از مواد هوشمند هستند که بواسطه داشتن خواص ترمومکانیکی، بعنوان یکی از پرکاربردترین مواد در تغییر شکل هوشمند سازه مطرح می‏باشند. این آلیاژها در ترکیب با سازه‏های انعطاف‏پذیر می‏توانند یک تغییر شکل پیوسته را بوجود آورند که این تغییر شکل در سازه‏های تطبیق‏پذیر، بال هوشمند، کنترل مساحت و ... کاربرد دارد. ساختار موج‏دار بدلیل داشتن خواص بشدت غیر‏همگن همواره بعنوان یک کاندیدا جهت بکارگیری در پوسته‏ی تطبیق پذیر بال هوشمند مطرح بوده است. از این رو در این پایان‏نامه، طراحی و ساخت صفحه‏ی کامپوزیتی موج‏دار با مقطع ذوزنقه‏ای تحت عملگری سیم آلیاژ حافظه‏دار به انجام رسید. بدین منظور، سیم آلیاژ حافظه¬دار بر روی صفحه کامپوزیتی و در راستای عمود بر اعوجاج نصب گردید. با توجه به ابعاد نمونه مورد بررسی، این ترکیب بصورت یک تیر یک¬سر¬درگیر تصور می¬شود که تحت بار خارج از مرکزی سیم آلیاژ حافظه¬دار، دچار خمش می¬گردد. بدین ترتیب رفتار خمشی سازه‏ی ترکیبی با استفاده از روش اجزاء محدود شبیه‏سازی گردید. در این راستا خواص مکانیکی ماده‏ی مرکب، از نمونه‏های آزمایش بدست آمد. همچنین شبیه¬سازی رفتار ترمومکانیکی سیم آلیاژ حافظه¬دار بر اساس مدل ساختاری برینسون انجام شد و پارامتر‏های ثابت این مدل یک بعدی با استفاده از روش‏های آزمایشگاهی تعیین گردید. برای وارد¬کردن مدل برینسون در روش اجزاء محدود، یک زیربرنامه به زبان فرترن نوشته شد. از آنجایی که ورودی این زیربرنامه‏ از نوع دما می‏باشد، با حل معادلات انتقال حرارت سیم، پاسخ زمانی عملگر حافظه‏دار به تحریک الکتریکی بدست آمد. بدین ترتیب در مدل یک بعدی انتقال حرارت، پارامتر ضریب انتقال حرارت جابجایی بصورت یک چند جمله‏ای بر حسب دما محاسبه شد و ظرفیت گرمایی نیز بصورت تابعی از تنش و دما تعیین گردید. بدلیل اینکه دقت شبیه‏سازی پاسخ رفتار سازه‏ی ترکیبی به جریان الکتریکی تحت تاثیر پارامتر‏های متعددی قرار دارد، به یک روش سیستماتیک، مدل اجزاء محدود صفحه‏ی کامپوزیتی، مدل اجزاء محدود سیم آلیاژ حافظه‏دار و مدل انتقال حرارت سیم بطور جداگانه مورد ارزیابی قرار گرفت و در هر مرحله شبیه‏سازی‏های عددی به تایید نتایج آزمایش رسید. در انتها با استفاده از دستگاه داده‏برداری، سازه‏‏ی ترکیبی توسط جریان الکتریکی تحریک شد و پاسخ سازه شامل تغییر مکان انتهایی، دما و تنش سیم آلیاژ حافظه‏دار نسبت به زمان ثبت گردید. در این آزمایشات مشاهده گردید که سیم عملگر حافظه¬دار، نیروی لازم برای تغییر شکل سازه را تامین می¬کند و در مقابل، سازه انرژی کرنشی لازم برای بازیابی شکل اولیه خود را پس از تحریک خواهد داشت. مقایسه‏ی نتایج عددی و داده‏های تجربی نشان می¬دهد که اولا مدل اجزاء محدود می¬تواند با دقت خوبی رفتار سازه¬های تحریک شده با آلیاژ حافظه¬دار را پیش¬بینی نماید؛ ثانیا این ساختار می‏تواند در بال هوشمند بکار گرفته شود؛ و نهایتا روش اجزاء محدود می¬تواند در تخمین پارامتر‏های طراحی سازه¬های تحریک شده توسط آلیاژ حافظه¬دار مفید واقع شود.

آسیب فرآیندی است برگشت ناپذیر که با کاهش تدریجی مقاومت مکانیکی، زوال ماده را به دنبال دارد. مکانیک آسیب شاخه¬ای از مکانیک جامدات است که عوامل مکانیکی ناظر بر گسیختگی ماده تحت بارگذاری¬های مختلف را مورد مطالعه قرار می¬دهد. خستگی گونه ای از آسیب بوده که می تواند منجر به شکست ناگهانی قطعات گردد. بارگذاری خستگی در اثر تنش های چرخه ای که کمتر از تنش کششی نهایی یا حتی تنش تسلیم هستند، نتیجه می شود. نام خستگی بر اساس این مفهوم است که یک ماده تحت بارگذاری تکرار شونده خسته شده و در سطح تنش زیر مقاومت اسمی ماده وامانده می شود. عمر خستگی یک قطعه می تواند به صورت تعداد چرخه های بارگذاری لازم برای شروع یک ترک و گسترش آن تا اندازه بحرانی بیان شود. بنابراین می توان گفت که واماندگی خستگی در سه مرحله اتفاق می افتد: شروع ترک، رشد ترک آهسته-پایدار و شکست سریع. برای شروع ترک های خستگی سه عامل اساسی لازم است: اولاً الگوی بارگذاری باید شامل مقادیر اوج بیشینه و کمینه با اختلاف یا نوسان به حد کافی بزرگ باشد. مقادیر اوج ممکن است در کشش یا فشار بوده و یا بر حسب زمان تغییر کنند، اما چرخه بارگذاری معکوس شونده برای شروع ترک خستگی باید به حد کافی بزرگ باشد. ثانیاً سطوح تنش اوج بایستی مقادیر نسبتاً زیادی داشته باشند. اگر تنش های اوج خیلی کم باشند، هیچ ترکی شروع به رشد نخواهد کرد. ثالثاً ماده باید در معرض تعداد چرخه های بارگذاری زیاد قرار گیرد. تعداد چرخه های لازم به منظور شروع و رشد یک ترک در ابتدا بستگی به سه عامل فوق دارد. علاوه بر این سه عامل اساسی، دسته ای از متغیرهای دیگر از قبیل تمرکز تنش، خوردگی، دما، اضافه بار، سازه متالوژیکی و تنش های پسماند نیز وجود دارند که می توانند بر تمایل به خستگی تأثیر بگذارند. چون ترک های خستگی عموماً در سطح شروع به رشد می کنند، وضعیت سطح قطعه بارگذاری شده بر روی عمر خستگی آن اثر می گذارد. زبری سطح یک عامل مهم است زیرا به طور مستقیم به حد و تعداد تمرکزهای تنش بر روی سطح مربوط می شود. سطوح صاف مدت زمان زیادی طول می کشند تا ترک در آن ها جوانه بزند. شیارها، خراش ها و دیگر عوامل تمرکز تنش، عمر خستگی را کاهش می دهند. تنش پسماند سطح نیز یک اثر عمده بر روی عمر خستگی می گذارد؛ تنش های پسماند فشاری حاصل از ماشین کاری، سردکاری و عملیات حرارتی، باعث ایجاد یک بار کششی شده و درنتیجه دامنه بارگذاری چرخه ای را تنزل می دهند. در این پایان نامه، از مدل آسیب خستگی شابوش-لمتر برای پیش بینی واماندگی قطعات تحت بارگذاری خستگی پرچرخه به صورت تک محوره و چند محوره استفاده می شود. رشد آسیب خستگی در این مدل بر حسب تنش های بیشینه و کمینه در هر چرخه بوده که می تواند برای تسلیم ناهمسانگرد به کار رود. مدل آسیب شابوش-لمتر اثر تنش میانگین و نیز اثر تنش های فشاری را که باعث بسته شدن ترک می شود در نظر می گیرد. علاوه بر این در بارگذاری های چند مرحله ای، رشد آسیب را زیر حد خستگی امکان پذیر می سازد. این مدل در حالتی که مقادیر تنش های بیشینه و کمینه ثابت است، به طور مستقیم انتگرال گیری شده و تعداد چرخه های منجر به شکست به صورت یک رابطه بسته به دست می آید. در غیر این صورت، مدل به روش ضمنی انتگرال گیری شده و به صورت یک زیربرنامه ماده کاربر (umat) در نرم افزار abaqus/standard پیاده سازی عددی می گردد. هم چنین برای کاهش زمان حل مسئله از روش پرش درون چرخه ها، با تکیه بر شبیه سازی بارگذاری خستگی به صورت زیربرنامه دامنه کاربر (uamp)، استفاده می شود. برای راستی آزمایی زیربرنامه های تدوین شده، ابتدا یک المان مکعبی تحت بارگذاری چرخه ای کاملاً معکوس شونده قرار گرفته و نتایج آن برای حالت الاستوپلاستیک با مدل آباکوس مقایسه شده که تطابق خوبی نشان می دهد. سپس با در نظر گرفتن آسیب و نیز استفاده از روش پرش و بدون استفاده از روش پرش، نتایج با یکدیگر مقایسه می شوند. در ادامه سه نمونه بدون شیار، شیاردار vشکل و سوراخ دار تحت بارگذاری خستگی با نسبت تنش های متفاوت قرار گرفته و نتایج آن با نتایج تجربی و رابطه بسته مقایسه می گردند. در پایان به عنوان مطالعه موردی، اسپیندل روتور اصلی پره های یک بالگرد تحت بارگذاری خستگی قرار گرفته و عمر آن با نمونه عملی مقایسه می شود.

آلیاژهای حافظه دار کاربرد وسیعی در زمینه های مختلف چون هوافضا، پزشکی و روباتیک دارند. این کاربرد مدیون دو خاصیت مهم و منحصر به فرد رفتار حافظه داری و رفتار شبه الاستیک در این مواد می باشد. رفتار حافظه داری به برگشت پذیری تغییرشکل های ماندگار ماده در اثر تغییر دما و رفتار شبه الاستیک به بازیابی کامل کرنش در طی بارگذاری و باربرداری در دمای بالا اطلاق می شود. این ویژگی منحصر به فرد به تغییر در ساختار کریستالی ماده در استحاله بین فاز دما بالا،آستنیـت وفاز دما پایین، مارتنزیت مربوط می شود. به علت کاربرد وسیع آلیاژهای حافظه دار به صورت سیم تحت کشش، لازم است تا رفتار این مواد در این حالت به خوبی بررسی گردد. در این پایان نامه رفتار یک سیم آلیاژ حافظه دار در تست کشش ساده، به طور سه بعدی و با حضور فک ها شبیه سازی شده است. از آنجاییکه ساختن سیم آلیاژ حافظه دار به صورت نمونه استاندارد رایج در تست های کشش، استخوان سگ، مقدور نمی باشد، مدل نمودن این مواد به صورت سیم ساده حائز اهمیت است. همچنین به دلیل اثرپذیری رفتار آلیاژ حافظه دار از تنش، در نظر گرفتن فک ها و تمرکز تنش ایجاد شده توسط آن ها در هنگام بسته شدن روی سیم، نکته قابل توجهی در تست کشش آلیاژهای حافظه دار می باشد. در این پایان نامه ابتدا به منظور ایجاد یک مدل قابل اطمینان، مدل های اولیه ای اجرا و نتایج آن با نتایج موجود مقایسه شده است. در ادامه یومت سه بعدی آلیاژ حافظه دار که قبلاً و بر اساس مدل برینسون توسعه یافته بود، با اجرای چند مدل ساده مورد بررسی قرار گرفته است. به دنبال آن مدل نهایی از روی نمونه آزمایشگاهی مدل کامرانی شبیه سازی و ابتدا به شکل ماده الاستیک و الاستو- پلاستیک اجرا شده است. سپس مدل با استفاده از یومت مذکور و به صورت آلیاژ حافظه دار شبیه سازی شده و نتایج با نتایج موجود در مدل کامرانی مورد مقایسه قرار گرفته است. در ادامه به منظور بهبود نتایج، یومت جدیدی با تعریف رفتاری مشابه به رفتار الاستو-پلاستیک و با در نظر گرفتن خاصیت نرم شوندگی ماده در حین استحاله، توسعه یافته است. در نهایت مدل با این یومت اجرا و نتایج بدست آمده از آن با استفاده از نتایج محققان قبلی ارزیابی شده است.

چکیده ندارد.

در این تحقیق ابتدا به کمک شبکه های عصبی مصنوعی رابطه ای برای محاسبه ی نیروی نورد نامتقارن بر حسب پارامترهای موثر در نورد نامتقارن استخراج شده است. سپس به کمک شبکه های عصبی مصنوعی رابطه ای برای محاسبه ی شاخص انحنای ورق بر حسب پارامترهای مزبور استخراج شده است. در پایان به کمک الگوریتم شبه نیوتن یک فرآیند بهینه سازی به منظور کمینه کردن نیروی نورد همزمان با کمینه نمودن انحنای خروجی ورق در نورد نامتقارن انجام شده است.

در این رساله هدف کلی، ارائه روشی مناسب برای مدلسازی ساختاری آلیاژهای حافظه دار مشبک، که حالتی خاص از یک ماده سلولی می باشد، است. برای رسیدن به این هدف سه گام اصلی در نظر گرفته می شود. در گام نخست به مدلسازی مواد مشبک با رفتار ماده بالک الاستیک-پلاستیک عادی پرداخته شده و اثرات ماده بالک سازنده و وجود بی نظمی ها و عیوب هندسی بر رفتار مکانیکی این مواد مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که هرچند لحاظ کردن عیوب هندسی به رسیدن به پاسخ های دقیق تر کمک می کند اما به شدت بر حجم محاسبات مورد نیاز می افزاید. برای غلبه بر این مشکل یک مدل محاسباتی کارآمد جهت مدلسازی مواد مشبک ارائه شده و با استفاده از داده های تجربی صحت سنجی می گردد. در گام دوم یک معادله ساختاری سه بعدی متقارن برای بیان رفتار ترمومکانیکی آلیاژهای حافظه دار چگال بر مبنای روش میکروصفحه ارائه می گردد. سپس این مدل ساختاری به گونه ای تعمیم داده می شود که بتواند عدم تقارن مادی در کشش و فشار را نیز مدل کند. در گام سوم این مدل ساختاری در کنار مدل های سلول واحد و مدل چندسلولی برای مدلسازی ساختاری آلیاژهای حافظه دار مشبک مورد استفاده قرار می گیرد.

آلیاژهای حافظه دار دسته ای از مواد هوشمند هستند که دو خاصیت مهم شبه الاستیسیته و حافظه داری را دارا هستند. حافظه داری، ویژگی برگشت پذیری کرنش های ماندگار جسم، در اثر گرما است. شبه الاستیسیته، برگشت پذیری کرنش های جسم پس از باربرداری مکانیکی است. . در این پژوهش، مدلی ترمومکانیکی و کاملاً کوپله برای مدلسازی این مواد تحت بارگذاری های چند محوره تدوین و ارائه شده است. این مدل دربرگیرنده هردو رفتار حافظه داری و شبه الاستیسیته بوده و توانایی اعمال بارهای گرمایی و بارگذاری های چند محوره مکانیکی را دارا است و رفتار کوپل ترمومکانیکی ماده و وابستگی به نرخ کرنش را در برمی گیرد. پارامتر کلیدی در این رفتار گرمای نهان استحاله است. پیاده سازی و حل عددی این مدل، با استفاده از یک کد یومت، در نرم افزار اجزای محدود آباکوس انجام شده است. استفاده از نرم افزار آباکوس، سبب شده که مدلسازی اجسام با شرایط هندسی، مرزی و بارگذاری مختلف، ممکن باشد.

ارتعاشات در مهندسی یکی از پدیده¬هایی است که به علت اثرات مخرب آن از جمله ایجاد ناراحتی و سر و صدا و تخریب ماشین آلات و ...، بسیار مورد مطالعه قرار گرفته است و برای از بین بردن آن¬ها کارهای مختلفی از جمله طراحی جدید سازه و ابداع جاذب¬های ارتعاشی صورت گرفته است که در این میان جاذب¬های ارتعاشی به لحاظ کاربردی¬تر بودن مورد توجه قرار گرفته¬اند. جاذب¬های ارتعاشی دارای انواع گسترده¬ای هستند که یک گونه از آن¬ها جاذب¬های ارتعاشی "وفقی" می¬باشند که قابلیت تنظیم شدن با سیستم در هنگام تغییرات در سیستم را دارا می¬باشند. جاذب¬های ارتعاشی وفقی دارای انواع فعال، غیر فعال و تطبیق¬پذیر هستند که نوع تطبیق¬پذیر آن¬ها به علت خاصیت تطبیق¬پذیری با سیستم مورد توجه قرار گرفته¬است و مواد هوشمند به علت خواص ویژه¬ای که دارند برای به کار گیری در جاذب¬های ارتعاشی وفقی مناسب هستند. از میان مواد هوشمند، آلیاژهای حافظه¬دار به علت دو خاصیت حافظه¬داری و سوپر الاستیک مورد توجه قرار گرفته¬اند. در این پایان نامه تحلیل یک جاذب ارتعاشی وفقی که از آلیاژ حافظه¬دار ساخته شده باشد، مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحلیل تیری آلومینیومی با تحریک پایه و به عنوان سیستم هدف و تیر آلیاژ حافظه¬دار که به انتهای دیگر تیر آلومینیومی متصل شده است، به عنوان جاذب ارتعاشی در نظر گرفته شده¬اند. ابتدا با استفاده از معادلات ساختاری آلیاژهای حافظه¬دار، کدفایل¬هایی برای شبیه سازی رفتارهای ویژه آن¬ها نوشته شده است. همچنین کدفایلی برای شبیه سازی رفتار ارتعاشی تیر تحریک پایه با جرمی در انتها نوشته شده است. در ادامه برای شبیه سازی رفتار ارتعاشی تیر آلیاژ حافظه¬دار سعی به استفاده از نرم افزار abaqus گرفته شد. ولی به دلیل اینکه در این نرم افزار نوع المان بیم فاقد مشخصه¬های لازم برای کار بر روی سطح مقطع بود از این روش استفاده نشد. سپس در روش دیگر با نوشتن معادلات ارتعاشی و این اصل که مدول الاستیک دارای تغییرات با تنش است سعی بر حل معادلات با استفاده از روش اجزاء محدود گرفته شد که با توجه با تحلیل انجام گرفته مشخص گردید این روش واگرا می¬باشد به همین دلیل فرض بر این قرار گرفت که مدول الاستیک در ناحیه¬ای قرار دارد که فاقد تغییرات با تنش است. از نتایج به دست آمده مشخص گردید که با استفاده از تحریک آلیاژ حافظه¬دار به وسیله گرما و تغییر فاز آن از مارتنزیت به آستنیت و تغییر سختی سیستم، می¬توان فرکانس طبیعی تیر را تغییر داد تا از رزونانس جلوگیری شود. با توجه به نتایج ذکر شده کاربرد آلیاژهای حافظه¬دار در جاذب¬ها مناسب به نظر می¬رسد. در ادامه به تحلیل یک سیستم متشکل از یک تیر آلومینیومی به عنوان سیستم هدف و تیری از جنس آلیاژ حافظه¬دار با جرمی در انتها، که در انتهای تیر آلومینیومی متصل شده است به عنوان جاذب پرداخته شده است. با استفاده از نتایج به دست آمده مشخص گردید که آلیاژ حافظه¬دار به عنوان جاذب به خوبی عمل کرده و خیز تیر را به شکل موثری کاهش داده است. به علاوه با تحریک کردن سیم¬های آلیاژ حافظه¬دار و تغیییر فاز آن¬ها، سختی سیستم تغییر کرده و در نتیجه فرکانس طبیعی آن جا به جا شده است، که با استفاده از خاصیت اخیر می¬توان به تنظیم سیستم برای جلوگیری از رزونانس پرداخت.

نورد نامتقارن فرآیندی است که در آن شعاع دو غلتک ، سرعت محیطی آنها و یا شرایط اصطکاکی ورق با غلتکها یکسان نباشد.